在转基因水稻植株中蜡质基因第1内含子对-基因表达影响的分析

为阐明水稻Wx基因第1内含子在整体植株的胚乳发育阶段是否确有增强基因表达的功能,以及弄清高和中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子1 126个碱基之间有差异的16个碱基中哪几个碱基影响了该内含子的正常剪接从而降低了基因的表达水平,我们分别用高直链淀粉含量品种的Wx基因翻译起始密码子ATG上游3.1和2.1 kb片段与GUS基因编码区融合构建成嵌合质粒,并在此基础上,(1)去除嵌合质粒中Wx基因的第1内含子;(2)将嵌合质粒Wx基因的第1内含子中(3.1 kb)与中、低直链淀粉含量的水稻品种Wx基因第1内含子有差异的6个碱基以中、低直链淀粉含量的水稻品种的碱基替换.将上述改造过的几种质粒分别转化粳稻品种中花11,测定转化植株未成熟种子胚乳中的GUS活性.结果表明第1内含子的缺失或此内含子的5′端剪接点上的碱基G以T替换均造成GUS活性的急剧下降,说明第l内含子在植株体内的确有增强基因表达的功能,而且在中、低直链淀粉含量的水稻品种中Wx基因第1内含子5′端剪接点上自然存在的G→T突变是造成这些品种中该内含子剪接不正常、从而使Wx基因表达水平和直链淀粉含量下降的主要原因.     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明 ,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因 (Wx)第 1内含子被剪接的效率有关 ,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系 ,构建了蜡质基因启动子 (来自籼稻品种2 32 )、蜡质基因第 1内含子 [来自籼稻品种 2 32 (高直链淀粉含量的品种 )或粳稻品种寒丰 6 36 6 (中、低直链淀粉含量的品种 ) ]与GUS报告基因组成的两种嵌合基因 ,将含有这两种嵌合基因的质粒分别转化进粳性糯稻品种奉糯 5 93中 ,同时还分别转化进非糯性的籼稻品种特青和粳稻品种中花 11中作为对照 ,测定它们的抗性愈伤组织与转基因植株未成熟种子胚乳中的GUS酶活性。结果表明与在非糯性的籼稻和粳稻中一样 ,这两种嵌合质粒在不合成直链淀粉的糯稻中也有相当水平的表达。从此结果可以推测 ,糯稻品种有从嵌合基因的转录本中剪接蜡质基因第 1内含子的正常能力 ,而在糯稻中缺乏直链淀粉可能是糯稻蜡质基因第1内含子中的其它突变所造成的     

用于筛选直链淀粉含量为中等的籼稻品种的分子标记

用PCR AccⅠ分子标记检测方法 ,检测了来自不同地区的 6 3个栽培水稻品种 (系 )蜡质基因第 1内含子剪接供体 1位碱基是G或是T。另外 ,还测定了这些水稻成熟种子的直链淀粉含量。结果显示该位置是G碱基的水稻品系成熟种子中直链淀粉含量均高于 2 0 % ,该位置是T的均低于 18%。在杂交育种过程中 ,这一分子标记可用于预测水稻植株种子的直链淀粉含量。对高直链淀粉含量的水稻亲本与中等直链淀粉含量的水稻亲本之间 5个籼型杂交组合F2 群体的分析表明 ,蜡质基因第 1内含子 1位碱基是G或是T与水稻种子中直链淀粉含量的高或低是紧密连锁 ,共同分离的。这些结果表明PCR AccⅠ分子标记检测方法可用于选育中等直链淀粉含量的籼稻新品系     

水稻蜡质基因5''上游区中31 bp序列增强基因表达的作用

为研究水稻蜡质基因 (Wx) 5’上游区中一个与胚乳核蛋白结合的 31bp序列在基因表达中的作用 ,将一系列包含或不包含此序列的长度不同的Wx启动区与 β 葡萄糖苷酸酶基因 (GUS)编码区连接 ,构建成嵌合质粒。将这些质粒通过农杆菌介导转化水稻幼胚愈伤组织 ,并分化产生转基因植株。分别测定抗性愈伤组织中与转基因植株未成熟种子胚乳中的GUS酶活性。结果表明含有 31bp序列的比不含此序列的Wx启动区使GUS报告基因的表达水平高出 2～ 3倍     

糯性水稻中蜡质基因第1内含子的剪接活性

以前的研究结果表明,非糯性的稻米中直链淀粉的含量与各品种中蜡质基因（Ｗｘ）第１内含子被剪接的效率有关,即剪接效率高的品种直链淀粉含量也高。为弄清糯米中不含直链淀粉是否也与此内含子剪接效率有关系,构建了蜡质基因启动子,（来自灿稻品种２３２）、蜡质基因第１内含子「来自籼稻品种２３２（高直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种）或粳稻品种寒丰６３６６（中、低直链淀粉含量的品种     

水稻OsBP-73基因表达需要其内含子参与

该实验室以前的研究表明,水稻OsBP-73基因含有2个外显子和1个长度为2 471 bp的内含子.该文报告用OsBP-73基因ATG翻译起始密码子(在第1外显子中)上游序列(1- 818～ 215)与GUS基因构成嵌合质粒pRSSl,将该质粒转化水稻后,在抗性愈伤组织和转基因植株中未能检测到GUS基因的表达.只有用含有完整的内含子及其上游序列(1 818～ 2 844)与GUS基因构成嵌合质粒(p13GNF)时,才能在p13GNF的转基因抗性愈伤组织和植株中检测到GUS基因的表达.实验还证明,单是内含子序列并不能驱动GUS基因在转基因水稻中表达.由此推测:OsBP-73基因的启动子序列驱动基因表达时,需要基因内含子的参与.     

应用CRISPR/Cas9技术创制低直链淀粉含量水稻种质

Wx基因直接控制水稻胚乳直链淀粉的合成,进而影响胶稠度等多个品质指标,是控制稻米食味的主效基因.适当降低稻米的直链淀粉含量可改善稻米品质.吉丰B是籼型优质杂交稻保持系,直链淀粉含量偏高,影响组配后代的食味品质.本研究以吉丰B为试验材料,对Wx基因编码区上游序列进行编辑,以期获得Wx基因表达下调,直链淀粉含量降低的水稻种...     

同源四倍体水稻籼型突变体Wx基因序列分析及特异识别分子标记的建立

同源四倍体水稻突变株D4063-1直链淀粉含量比来源二倍体明恢63下降一半,即其直链淀粉含量为5.23%。为研究其直链淀粉含量下降的原因, 根据普通水稻Wx基因设计引物, 扩增测序获得了D4063-1Wx基因的全序列, 并与已报道的Wx基因进行比对分析; 同源四倍体水稻D4063-1Wx基因最显著变化为在外显子序列中发生碱基缺失, 导致移码突变, 在第9外显子终止密码子提前出现。D4063-1Wx基因碱基位点的变化还导致其序列上酶切位点的变化,对常用限制性内切酶位点分析结果表明, 同源四倍体水稻相对于籼稻和粳稻多了2个sphⅠ酶切位点, 相对于粳稻减少了6个AccⅠ, 增加了4个XbaⅠ, 1个XhoⅠ, 1个PstⅠ和1个SalⅠ酶切位点。聚类分析表明D4063-1Wx基因序列与籼稻亲源关系较近, 由此推测D4063-1Wx基因来源于籼稻的Wxa基因型。另外, 根据D4063-1Wx基因的碱基差异, 推测D4063-1Wx基因外显子碱基变化导致的RNA加工障碍是其直链淀粉降低的主要原因, 并可能与其米饭较软等品质相关。本研究还根据D4063-1和籼稻、粳稻的序列差异及D4063-1在该片段上的特征序列位点设计了用于识别D4063-1的寡核苷酸片段,并作为PCR反应的引物命名为AUT4063-1,将该引物与作者设计的扩增普通籼稻、粳稻Wx基因的引物F5配合使用, 建立了识别D4063-1的显性和共显性两种检测方式的分子标记, 为快速、准确鉴别低直链淀粉含量突变体D4063-1创造了条件。     

水稻Wx基因表达调控的研究进展

水稻Wx基因编码颗粒结合淀粉合成酶(GBSS),是控制直链淀粉合成的主效基因。文中主要从转录水平和转录后水平介绍水稻Wx基因表达调控的研究进展,同时介绍转基因、遗传背景以及环境温度对Wx基因表达的影响,并提出Wx基因表达调控研究中一些期待解决的问题。     

复合调控Wx与SBE3基因对水稻籽粒直链淀粉含量的影响

颗粒淀粉合成酶（GBSS）和淀粉分支酶3（SBE3）是淀粉合成过程中的两个关键酶,这两个酶主要由耽和SBE3两个基因分别控制,它们的表达量直接影响直链淀粉和支链淀粉的含量比例。为了探讨水稻淀粉关键酶基因耽过量与SBE3干涉复合表达对直链淀粉含量的影响,构建了Wx过量表达与SBE3干涉结合的多基因表达载体,并通过农杆菌介导的方法将其导入日本晴水稻中。经过PCR检测分析获得了65株转基因阳性植株,半定量RT—PCR检测表明转基因株系中Wx基因表达量明显增加,而SBE3基因表达量显著减少。转基因株系籽粒透明度明显降低,直链淀粉含量比野生型的平均高45％,但是千粒重变化不大,与野生型相当。遗传分析表明这些转基因株系多数可稳定遗传。     

聚合蜡质和抗条纹叶枯病基因水稻的分子标记辅助选择

以高蛋白、抗条纹叶枯病的红米水稻‘Kasalath’和本实验室培育的低直链淀粉含量、株型好、产量高的水稻‘上师大3号’为亲本进行杂交.利用蜡质基因(Waxy)在第1内含子5′端剪切位点上游55 bp处CT重复序列的重复数与直链淀粉含量呈负相关的特性,设计了1对SSR引物,利用与抗条纹叶枯病基因(Stv-b2)紧密连锁的...     

导入反义蜡质基因改良水稻稻米的食味品质和营养品质

经PCR、Southern blot和稻米GUS检测,蜡质基因反义片段与gus构成的融合基因已整合到8株水稻基因组中,并能正确表达。通过稻米GUS染色追踪分析获得转反义蜡质基因纯合后代。将转基因植株的稻米送农业部稻米及制品质量监督检验测试中心进行糙米蛋白质含量和直链淀粉含量测定。结果显示：（1）在转反义蜡质基因纯合的超2-10粳稻后代中,大多数单株糙米在直链淀粉含量降低的同时,蛋白质含量有不同程度提高,糙米蛋白质含量和直链淀粉含量呈显著负相关关系;（2）对照糙米直链淀粉平均含量和糙米蛋白质平均含量分别为13.4%和9.5%。在转基因植株中,稻米直链淀粉含量最低的为11.4%,而蛋白质含量也相对最高,为13.5%。本试验结果表明在水稻中导入反义蜡质基因不仅能够降低水稻稻米的直链淀粉含量,还有可能提高水稻稻米的蛋白质含量。     

Wx基因与SSⅢ-2基因互作对稻米蒸煮食味品质的影响

为了探究蜡质基因(Wx)与可溶性淀粉合成酶Ⅲ-2基因(SSⅢ-2)等位变异对稻米品质的影响,以籼型高直链淀粉恢复系CG133R和糯性‘爪哇稻22’为亲本杂交,在其F3群体选择仅在Wx和SSⅢ-2基因位点存在多态性的单株为材料,分析各基因型材料的理化指标和粘度速测仪谱特征值。结果表明:(1)SSⅢ-2基因为I型时,Wx基因第一内含子多态性对表观直链淀粉含量有极显著影响。SSⅢ-2基因为Ⅱ型时,Wx基因第一内含子多态性对表观直链淀粉含量和成糊温度有极显著影响。(2)Wxa背景下,SSⅢ-2基因对稻米品质无显著影响;Wxb背景下,SSⅢ-2基因对糊化温度和粘度速测仪谱中最高粘度、崩解值、成糊温度有极显著影响。(3)Wx和SSⅢ-2基因共同作用极显著影响水稻表观直链淀粉含量、糊化温度、最高粘度、崩解值和成糊温度,说明Wx和SSⅢ-2基因之间存在互作,且Wx基因对SSⅢ-2基因具有显性上位性,Wx基因大量表达会遮盖SSⅢ-2基因对稻米品质的效应。     

水稻谷蛋白GluA-2基因5′上游序列控制下的UidA基因在转基因水稻胚乳中的表达模式

为了研究谷蛋白胚乳特异性表达启动子在我国栽培稻品种中的表达模式,将UidA基因分别置于水稻谷蛋白GluA—2基因750bp和2．3kb上游序列下游,利用农杆菌转化法导人栽培稻品种中花8号并获得转基因植株。Southern blot检测表明,UidA基因已经整合到水稻基因组当中并以单拷贝存在。Northern blot检测表明,开花后13～15d和11～13d,UidA基因和水稻内源的GluA—2基因的表达量分别达到最高,随后逐渐降低。对转基因植株种子的GUS染色表明,UidA基因仅在胚乳中表达,在糊粉层中GUS表达量最高。测定了2．3kb和750bp转基因植株种子的GUS活性,结果表明前者的GUS活性是后者的2～3倍。序列分析表明,位于GluA—2基因转录启始位点上游2170bD的G-box可能是一个与表达量相关的顺式调控元件。     

用无启动子的GUS报告基因捕获水稻基因启动子

构建了嵌合质粒p13DGUTs,它是在Ds转座子中插入了无启动子的B．葡萄糖醛酸酶报告基因(GUS),用于分离水稻基因启动子。将p13DGUTs转化粳稻品种中花11的胚性愈伤组织,获得了496个转基因植株。抗性愈伤组织与转基因植株的GUS染色与PCR分析表明整合在水稻染色体上的Ds因子都发生了随机跳跃。转基因植株T0代与部分T1代的GUS染色结果表明,M92转基因植株中Ds转座子整合位置上游的水稻基因启动子指导GUS基因的表达及表达的特性是可遗传的。文章对此方法在分离水稻基因启动子与基因上的应用进行了讨论。     

转反义Wx基因水稻颖果中与淀粉合成和积累相关酶活性的变化

将反义Wx基因转入水稻,导致Wx蛋白不同程度减少,颖果中的直链淀粉含量不同程度下降,总淀粉含量显著降低,直链淀粉与总淀粉的比值极显著降低。在水稻颖果发育过程中,ADPG-PPase、GBSS、SSS和SBE的活性在灌浆前期迅速升高,达最大值后很快下降,在灌浆中后期下降趋缓。Wx蛋白减少后的转基因水稻颖果中的GBSS活性明显下降,下降幅度与直链淀粉含量相一致,而且活性高峰期比其亲本有所提前。转基因水稻颖果中ADPG-PPase和SSS的活性在颖果发育的前中期,SBE则在中后期高于相应的亲本。     

优质稻米‘青香软粳’低直链淀粉含量形成分子机制的初步研究

Waxy（Wx）基因在调控直链淀粉含量形成过程中起着重要的作用,是稻米蒸煮食味品质的一个关键决定因素。在本项研究中,我们以直链淀粉含量为8.7%和10.2%的优质稻品种‘青香软粳’和‘南粳46’为主要研究对象,初步分析并探讨了这两个优质稻品种稻米低直链淀粉形成的分子调控机理。结果显示,虽然都为Wx-II型粳稻品种,‘南粳46’的Wx基因在启动子1773位置存在AA/CT的变异,‘南粳46’和‘青香软粳’的Wx基因在启动子＋693位置具有G/A位点多态性。转录水平分析表明,在‘南粳46’和‘青香软粳’稻米发育过程中,Wx基因的表达模式有较大的差异,可能与其启动子序列的多态性相关,AA/CT变异处于Wx基因的转录调控区。Wx基因启动子后＋693位点的多态性与已报道Wxmq多态性位点之一相同,引起Arg158/His158的变异;生物信息学软件分析表明,该位点处于底物进入Wx蛋白催化中心的袋口上,Arg158/His158位点的变异可能影响到底物进入Wx蛋白催化活性中心的速率,从而影响稻米直链淀粉的合成过程和含量。文章丰富了Wx基因多态性的研究,为进一步验证其核苷酸变异与稻米直链淀粉含量的相关性奠定了基础。     

稻米淀粉品质性状的资源筛选和相关基因初步鉴定北大核心CSCD

淀粉是稻米品质形成的主要理化基础,也是水稻品质改良的重要育种目标。本研究旨在挖掘包含不同淀粉含量的特异种质和鉴定其相关的基因型,为完善水稻淀粉合成调控网络及水稻优质育种工作提供有用信息。以江苏南京水稻种质资源国家野外科学观测研究站收集的119份种质资源为材料,运用改进的免煮简易法测定供试材料的直链淀粉含量;以直链淀粉含量极高、低的材料,利用开发的dCAPS分子标记鉴定其Wx基因型。测定直链淀粉含量极高的15份材料的抗性淀粉含量,并选取3份高抗性淀粉材料,以日本晴为对照,进行SSⅢa与SBEⅡb两个基因的序列比对和基因型鉴定。结果表明,改进的免煮简易法准确性与现行国标法结果相当,但操作更加简便容易。供试材料的直链淀粉含量大部分处于9.0%~33.0%之间,抗性淀粉含量位于1.0%~4.5%之间。dCAPS分子标记鉴定表明高直链淀粉材料的Wx基因型一般为Wxa型。通过序列比对,发现相对于日本晴,SSⅢa基因在3个高抗性淀粉材料(立新粳、南特号、郴晚3号)有3处共同突变,其中第三外显子+2362位为错义突变;SBEⅡb在2个高抗性淀粉品种(立新粳与南特号)第四外显子+96位检测到共同的错义突变。这些错义突变可能是导致水稻抗性淀粉含量增加的原因,这为下一步精确定向编辑目标基因,创制淀粉品质性状优异新种质奠定了基础。     

内含子数量改变GUS基因的瞬时表达调控

内含子是基因的重要组成部分,它与功能基因表达之间的关系越来越被重视.本研究以pCAMBIA3301为载体,利用玉米泛素启动子Ubi1和水稻肌动蛋白启动子Actin1构建两个GUS基因表达载体p33U1和p33A1,同时设置3个对照载体.通过基因枪轰击法将上述载体转入水稻胚性愈伤组织,探讨内含子对外源目的基因表达的调控作用.组织化学检测结果表明:CaMV35S启动子调控下的iGUS (带内含子)基因能够顺利表达;同样,Actin1启动子(带内含子)调控下的不带内含子的GUS基因也可以正常表达,而当Actin1启动子(带内含子)驱动iGUS基因时,则导致GUS染色反应不能发生.Ubi1启动子(带内含子)调控GUS基因的瞬时表达也得出类似结果,证明表达框中内含子的数量为1个或两个时,对GUS基因的表达起到了不同的调控作用.本研究结果对植物表达载体构建及功能基因表达都具有指导意义.     

通过共转化和花药培养快速获得直链淀粉含量降低且无抗性标记的转基因水稻

用根癌农杆菌共转化的方法将p13W8质粒(含反义蜡质基因)和pCAMBIA1300质粒(含潮霉素抗性基因)导入水稻.经PCR检测,发现在29个T1群体中发生抗潮霉素抗性基因和反义蜡质基因的分离;从1 264个T1单株中筛选到183个只带反义蜡质基因片段的转基因植株.选择了4个直链淀粉含量降低的T1单株进行花药培养,获得正常结实的花培苗34株;经PCR检测,有23株为只含反义蜡质基因而无潮霉素抗性基因的植株.从转化到获得直链淀粉含量降低、遗传稳定的转基因植株仅用了一年半时间.